Астрофизики подтвердили существование самой тусклой галактики в ранней Вселенной
Международная исследовательская группа подтвердила существование самой слабой галактики, когда-либо наблюдаемой в ранней Вселенной. Галактика, названная JD1, является одной из самых далеких идентифицированных на сегодняшний день, и она типична для тех галактик, которые прожигали туман атомов водорода, оставшихся после Большого взрыва, позволяя свету сиять во Вселенной.
Открытие было сделано с помощью космического телескопа Джеймс Уэбб, результаты были опубликованы в журнале Nature.
Первый миллиард лет жизни Вселенной был решающим периодом в ее эволюции. После Большого взрыва, примерно 13,8 миллиарда лет назад, Вселенная расширилась и остыла в достаточной степени для образования атомов водорода.
Атомы водорода поглощают ультрафиолетовые фотоны молодых звезд; однако до рождения первых звезд и галактик Вселенная была темной и вступила в период, известный как темные века.
Появление первых звезд и галактик спустя несколько сотен миллионов лет залило вселенную энергичным ультрафиолетовым светом, который начал сжигать или ионизовать водородный туман. Это, в свою очередь, позволило фотонам путешествовать в пространстве, делая вселенную прозрачной.
Определение типов галактик, которые доминировали в ту эпоху, получившую название Эпоха реионизации, является одной из главных задач современной астрофизики, но до разработки телескопа JWST ученым не хватало чувствительных инфракрасных инструментов, необходимых для изучения галактик первого поколения.
«Большинство галактик, обнаруженных с помощью JWST до сих пор, являются яркими галактиками, которые встречаются редко и не считаются особенно репрезентативными для молодых галактик, населявших раннюю Вселенную», — сказал Гвидо Робертс-Борсани, автор исследования. «Как таковые, хотя они и важны, они не считаются основными агентами, которые прожгли весь этот водородный туман».
«Ультраслабых галактик, таких как JD1, с другой стороны, гораздо больше, поэтому мы считаем, что они более репрезентативны для галактик, которые провели процесс реионизации, позволяя ультрафиолетовому свету беспрепятственно путешествовать в пространстве и времени».
JD1 настолько тусклая и так далеко, что ее трудно изучать без мощного телескопа и помощи природы. JD1 находится за большим скоплением близлежащих галактик под названием Abell 2744, чья совокупная гравитационная сила изгибает и усиливает свет от JD1, заставляя ее казаться больше и в 13 раз ярче.
Эффект, известный как гравитационное линзирование, похож на то, как увеличительное стекло искажает и усиливает свет в пределах своего поля зрения; без гравитационного линзирования JD1, вероятно, не была бы замечена.
Исследователи использовали спектрограф ближнего инфракрасного диапазона телескопа Джеймс Уэбб, NIRSpec, для получения спектра инфракрасного света галактики, что позволило им определить ее точный возраст и расстояние от Земли, а также количество звезд и количество пыли и тяжелых частиц — элементов, которые она образовала за свою относительно короткую жизнь.
Сочетание гравитационного увеличения галактики и новых изображений, полученных с другого инструмента ближнего инфракрасного диапазона телескопа Уэбба, NIRCam, также позволило изучить структуру галактики с беспрецедентной детализацией и разрешением, обнаружив три основных вытянутых скопления пыли и газ, образующий звезды.
Ученые использовали новые данные, чтобы отследить свет JD1 до его первоначального источника и формы, обнаружив компактную галактику, которая составляет лишь часть размера более старых галактик, таких как Млечный Путь, возраст которого составляет 13,6 миллиарда лет.
Поскольку свету требуется время, чтобы добраться до Земли, галактика JD1 выглядит такой, какой была примерно 13,3 миллиарда лет назад, когда возраст Вселенной составлял всего около 4% от ее нынешнего возраста.
«До включения телескопа Уэбба, всего год назад, мы не могли даже мечтать о подтверждении существования такой слабой галактики», — сказал Томмазо Треу, профессор физики и астрономии Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе и второй автор исследования. «Сочетание JWST и увеличительной способности гравитационного линзирования — это революция. Мы переписываем книгу о том, как формировались и развивались галактики сразу после Большого взрыва».
Исследование опубликовано в журнале Nature.